还是从那道题说开去——继续请教大腕
(原题:一个质量为2千克的物体,受到一个竖直向上的和水平方向的2个拉力的作用作匀加速运动,竖直的拉力是12倍的根3N,运动方向与水平面的夹角是60度,水平方向的拉力是多少N呢?求物体的加速度是多少?)
意料之中的,寒门只要一发话,大腕必然发难,他的驳斥真可所谓是挖空心思了。在最近的《分析寒门的一道题》中,大腕用了三种解法,推论了那道题的证明方法,着实让寒门长了见识。但是,唯一读不明白的就是他的第三个图的对重力的分析。大腕的原话是:“第二步:由于重力肯定要影响物体的加速度,而重力又和加速度方向不同,则我们需要将重力分解(如右图,下面sqr(3)表示对3开平方)
则:G'=G/tan60°=20/sqr(3),G"=G/sin60°=40/sqr(3).”请问大腕啊,一个竖直方向的重力是如何分解出斜向和与之垂直方向的两个分力的呢?
在寒门请教为什么重力斜向的分力大于物体本身重力时,大腕回答的真是巧妙——大腕说:“一、为什么分力可能大于合力?
要知道,矢量的合成是按照平行四边形法则进行的,并非算术的加法。和标量不同(比如质量是标量,几个小的物体的总质量总是大于每一个组成部分的质量)。合矢量的大小在两个矢量的和和差之间,具体大小除了和每一个矢量大小有关外,还和两个分矢量的夹角有关。|F1-F2|≤F≤|F1+F2|(这个式子寒门不陌生吧,在复数中我们就见过,而复数的和与力的合成遵守相同的合成法则,或者更直观的,在平行四边形中,对角线长度不一定比边要长吧,很可能对角线比边要短);”
这段话在初高中的教材中都写得明白无误,在力的合成与分解的时候,两个或以上的分力可以用平行四边形法则合成,一个合力在有条件限制时也可以按要求分解。如课本的练习第三题(P15面):把竖直向下的180N的力分解为两个分力,一个分力在水平方向上并等于240N,求另一个分力的大小与方向。这个题中的“竖直向下”与重力的“竖直向下”应该是不同的,它们的不同在于(1)让你分解这个180N的力并已知有一个水平方向的240N的分力了(实际上,此题还是力的合成,即:有了一个水平方向的240N的力,要合成一个竖直向下的180N的合力,求另一个分力的大小与方向。(2)空中竖直向下的重力有且仅有一个,即使是斜面上的物体,它的重力的分力也绝对不可能大于重力。(若按照大腕的分解方法,在水平面上的物体的重力也可以分解为水平向后和斜向后下的两个分力了!)那么,就是说,重力的分解是有条件限制的了,不可以认为所有的力都按照平行四边形法则进行的。那么,大腕的第二步中的“G"=G/sin60°=40/sqr(3)”(约是23.1N)大于物体本身重力20N就是错误的!
那么,在空中(忽略空气阻力)斜向上匀加速运动的物体的重力应该“标示”在哪个方向上呢?寒门推论,应该与合力在同一条直线上!理由是:由于惯性。
重力的方向总是竖直向下,这是毋庸质疑的。那,不是与上边的话自相矛盾、不攻自破了吗?不,是惯性在作怪!生活中大家都有汽车加速和急刹车时的体验,也一定不陌生悬挂在汽车中的“小球”在加速和急刹车时的表现,假如汽车是一直在匀加速,从理论上讲,小球应该是保持刚加速后的运动状态不变。
当我们把斜向上匀加速运动的物体看作一个质点来研究时,质点在合力的作用下,一定形成一条与合力方向重合的直线,即所谓的“点动成线”。从前后两个点的运动情况看,前一个点总是“想着”竖直下落(趋势),而在它还没有来得及下落时就已经被“拉到”了后一个位置;而对于后一个位置的点来说,它总“想着”回到前一个点的位置(惯性),或者说前一个点由于惯性总是“想着”把后一个点拉回来。这样以来,理论上形成了由前一个点的重力线、质心的连线和后一个点指向前一个点重力线末端的三角形。但由于两个点之间的连心线太短,三角形的两条斜向的边(相对于重力线而言)几乎完全重合,因此,无数个这样的三角形就把物体的重力的大小“标示”在了与合力方向相同的直线上。所以,这时候,物体的重力“显示”在斜线方向上而并非垂直方向。利用这个三角形图,同样可以解释水平方向的空中加速运动规律。至于平面或者斜面上的物体,重力的方向依然竖直向下但没有向下运动的趋势更不存在重力向运动相反方向“拉”的能力(表面坚硬),因此,就无从谈惯性的影响。
希望大腕有更好的解释赐教寒门!(若参阅平抛运动或许得到的体会更多)